預(yù)測性維護(hù)傳感器的選型

基于狀態(tài)的監(jiān)控(CbM)涉及使用傳感器來測量當(dāng)前的健康狀態(tài)，以監(jiān)測機(jī)器或資產(chǎn)。預(yù)測性維護(hù)(PdM)涉及使用CbM、機(jī)器學(xué)習(xí)和分析等的技術(shù)組合來預(yù)測即將發(fā)生的機(jī)器或資產(chǎn)故障。在監(jiān)測機(jī)器的健康狀況時，需選擇最合適的傳感器，以確保能夠檢測、診斷甚至預(yù)測故障，這點至關(guān)重要。目前有許多傳感器被用于檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)器及其負(fù)載中的故障，從而避免意外停機(jī)。由于許多旋轉(zhuǎn)機(jī)器(電機(jī)、齒輪、泵和渦輪機(jī))以及非旋轉(zhuǎn)機(jī)器(閥門、斷路器和電纜)監(jiān)控都用到了PdM技術(shù)，所以很難對每個傳感器進(jìn)行排序。

許多工業(yè)電機(jī)被設(shè)計為可以在連續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用中運行20年，例如化學(xué)/食品加工廠和發(fā)電設(shè)施，但有些電機(jī)無法達(dá)到預(yù)期的使用壽命。1 這可能是由于電機(jī)運行量不足、維護(hù)程序的數(shù)量不足、缺乏對PdM系統(tǒng)的投資，或者根本沒有PdM系統(tǒng)。PdM使維護(hù)團(tuán)隊能夠安排維修時間，避免造成意外停機(jī)。通過PdM提早預(yù)測機(jī)器故障也可以幫助維護(hù)工程師確認(rèn)和修復(fù)運行效率低下的電機(jī)，從而提高性能、生產(chǎn)力、資產(chǎn)可用性和使用壽命。

最佳的PdM策略是：有效利用盡可能多的技術(shù)和傳感器來提早檢測故障，且檢測結(jié)果高度可信，如此則無需使用一刀切式的傳感器解決方案。本文嘗試闡明為什么預(yù)測性維護(hù)傳感器對于提早檢測PdM應(yīng)用中的故障至關(guān)重要，以及它們有哪些優(yōu)缺點。

系統(tǒng)故障時間線

圖1顯示了從安裝新電機(jī)到電機(jī)發(fā)生故障期間發(fā)生的事件的時間表，以及推薦使用的預(yù)測性維護(hù)傳感器類型。安裝新電機(jī)時，電機(jī)提供保修。幾年后，保修期將滿，此時會更加頻繁地執(zhí)行手動檢查。

圖1. 機(jī)器健康狀況與時間。

如果故障發(fā)生在兩次定期維護(hù)檢查之間，則很可能導(dǎo)致意外停機(jī)。在這種情況下，至關(guān)重要的是使用合適的預(yù)測性維護(hù)傳感器來盡可能提早檢測潛在故障，所以，本文將著重介紹振動和聲學(xué)傳感器。振動分析通常被認(rèn)為是使用PdM的最佳起點。2

預(yù)測性維護(hù)傳感器

有些傳感器能夠比其他傳感器更早地檢測某些故障，例如軸承損壞，如圖1所示。在這一節(jié)中，我們將討論常用于盡可能提早檢測故障的傳感器，一般是加速度計和麥克風(fēng)。表1顯示傳感器規(guī)格列表，以及它們可以檢測到的一些故障。大多數(shù)PdM系統(tǒng)只使用其中一些傳感器，因此必須確保除了使用合適的傳感器來檢測這些潛在的關(guān)鍵故障之外，還要深入了解這些故障。

傳感器和系統(tǒng)故障注意事項

工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中超過90%的旋轉(zhuǎn)機(jī)器都使用滾動軸承。3電機(jī)的故障部件分布如圖2所示，從中可以清楚看到，在選擇PdM傳感器時，需要特別關(guān)注軸承監(jiān)測。為了檢測、診斷和預(yù)測潛在故障，振動傳感器必須具有低噪聲和寬帶寬。

圖2. 電機(jī)部件出現(xiàn)故障的百分率。4

表2顯示與旋轉(zhuǎn)機(jī)器相關(guān)的部分常見故障，以及一些用于PdM應(yīng)用的相應(yīng)振動傳感器要求。為了盡早發(fā)現(xiàn)故障，PdM系統(tǒng)通常需要使用高性能傳感器。資產(chǎn)中使用的預(yù)測性維護(hù)傳感器的性能水平與在整個流程中持續(xù)可靠運行的資產(chǎn)的重要性相關(guān)，而不是與資產(chǎn)本身的成本相關(guān)。

根據(jù)電機(jī)振動或移動(峰值、峰峰值和rms)期間的能量，我們可以確定機(jī)器是否不平衡或未對準(zhǔn)等。有些故障(例如軸承或齒輪缺陷)不是很明顯，特別是在早期，不能單單通過增加振動頻率來識別或預(yù)測。解決這些故障通常需要將具備低噪聲(<100 μg/√Hz)和寬帶寬(>5kHz)的高性能預(yù)測性維護(hù)振動傳感器與高性能信號鏈、處理、收發(fā)器和后處理器配對。